Космическая пушка , иногда называемая пушкой Верна из-за ее появления в романе Жюля Верна «С Земли на Луну » , — это метод запуска объекта в космос с использованием большой пушки или пушки . Таким образом, космические пушки потенциально могут обеспечить метод неракетного космического запуска . Было высказано предположение, что космические пушки могут выводить спутники на орбиту Земли (хотя для достижения стабильной орбиты потребуется послепусковое движение спутника), а также могут запускать космические аппараты за пределы гравитационного притяжения Земли и в другие части Солнечной системы , превысив скорость убегания Земли около 11,20 км/с (40 320 км/ч; 25 050 миль/ч). Однако эти скорости слишком далеки от гиперзвукового диапазона для большинства практических двигательных систем, а также могут привести к тому, что большинство объектов сгорят из-за аэродинамического нагрева или будут разорваны на части аэродинамическим сопротивлением . Таким образом, более вероятным будущим применением космических пушек будет запуск объектов на низкую околоземную орбиту , после чего можно будет запускать прикрепленные к ним ракеты или «собирать» объекты маневренными орбитальными спутниками. [ необходима цитата ]
В проекте HARP , совместном оборонном проекте США и Канады 1960-х годов, 410-мм (16 дюймов) пушка 100 калибра ВМС США использовалась для стрельбы 180-килограммовым (400-фунтовым) снарядом со скоростью 3600 м/с (12 960 км/ч; 8050 миль/ч), достигая апогея в 180 км (110 миль), тем самым выполняя суборбитальный космический полет . Однако космическая пушка никогда не была успешно использована для запуска объекта на орбиту или за пределы гравитационного притяжения Земли.
Большая перегрузка, которую , вероятно, испытает баллистический снаряд, запущенный таким образом, будет означать, что космическая пушка не сможет безопасно запускать людей или хрупкие приборы, а будет ограничена грузовыми , топливными или прочными спутниками.
Космическая пушка сама по себе не способна размещать объекты на устойчивой орбите вокруг объекта (планеты или чего-то еще), с которого они запущены. Орбита представляет собой параболическую орбиту , гиперболическую орбиту или часть эллиптической орбиты , которая заканчивается на поверхности планеты в точке запуска или другой точке. Это означает, что неоткорректированная баллистическая полезная нагрузка всегда будет поражать планету в пределах ее первой орбиты, если только скорость не была настолько высокой, чтобы достичь или превзойти скорость убегания . В результате все полезные нагрузки, предназначенные для достижения замкнутой орбиты, должны, по крайней мере, выполнить некоторую коррекцию курса, чтобы создать другую орбиту, которая не пересекает поверхность планеты.
Ракета может быть использована для дополнительного ускорения, как запланировано в обоих проектах: HARP и Quicklaunch . Величина такой коррекции может быть небольшой; например, эталонный проект StarTram Generation 1 включает в себя в общей сложности 0,6 км/с (1300 миль/ч) ракетного сгорания для поднятия перигея значительно выше атмосферы при выходе на низкую околоземную орбиту со скоростью 8 км/с (18 000 миль/ч) . [1]
В системе из трех тел [ сломанный якорь ] или более крупной системе может быть доступна траектория гравитационного сопровождения, так что тщательно нацеленный снаряд со скоростью убегания будет иметь свою траекторию, измененную гравитационными полями других тел в системе таким образом, что снаряд в конечном итоге вернется на орбиту исходной планеты, используя только дельта-v запуска . [2] [3]
Исаак Ньютон избежал этого возражения в своем мысленном эксперименте, поместив свою воображаемую пушку на вершину высокой горы и постулируя пренебрежимо малое сопротивление воздуха. Если бы снаряд находился на стабильной орбите, он бы обогнул планету и вернулся на высоту запуска после одного оборота (см. пушечное ядро Ньютона ). [4]
Для космической пушки со стволом длиной ( ) и необходимой скоростью ( ) ускорение ( ) определяется по следующей формуле: [ необходима цитата ]
Например, при использовании космической пушки с вертикальным «стволом», проходящим как через земную кору , так и через тропосферу , общей длиной ~60 км (37 миль) ( ), и скоростью ( ), достаточной для того, чтобы преодолеть земное притяжение ( скорость выхода из-под контроля , которая на Земле составляет 11,2 км/с или 25 000 миль в час), ускорение ( ) теоретически будет превышать 1000 м/с 2 (3300 футов/с 2 ), что составляет более 100 g-сил , что примерно в 3 раза превышает человеческую переносимость перегрузок максимум от 20 до 35 g [5] в течение ~10 секунд, которые займет такой выстрел. Этот расчет не учитывает уменьшение скорости выхода из-под контроля на больших высотах.
Немецкая программа создания пушки V-3 во время Второй мировой войны была попыткой построить что-то, приближающееся к космической пушке. Базируясь в районе Па-де-Кале во Франции, она должна была быть более разрушительной, чем другие нацистские « оружия возмездия ». Пушка была способна запускать 140-килограммовые (310 фунтов) снаряды диаметром 15 см (5,9 дюйма) на расстояние 88 км (55 миль). Она была уничтожена бомбардировкой Королевских ВВС с использованием блокбастерных бомб Tallboy в июле 1944 года. [6]
Программа противоракетной обороны США спонсировала проект Super High Altitude Research Project (SHARP) в 1980-х годах. Разработанный в Ливерморской лаборатории им. Лоуренса , это газовая пушка , которая использовалась для испытания огненных объектов на скорости 9 Махов .
Самой выдающейся недавней попыткой создания космической пушки был проект инженера-артиллериста Джеральда Булла « Вавилон », который СМИ также называли «иракской суперпушкой». Во время проекта «Вавилон» Булл использовал свой опыт из проекта HARP, чтобы построить огромную пушку для Саддама Хусейна , лидера баасистского Ирака . Булл был убит до завершения проекта. [7]
После отмены SHARP ведущий разработчик Джон Хантер основал Jules Verne Launcher Company в 1996 году и компанию Quicklaunch . По состоянию на сентябрь 2012 года Quicklaunch пыталась собрать 500 миллионов долларов на создание пушки, которая могла бы заправлять топливный склад или отправлять сыпучие материалы в космос. [8] [9] [10]
Ускорители Ram также были предложены в качестве альтернативы газовым пушкам. Другие предложения используют электромагнитные методы для ускорения полезной нагрузки, такие как coilguns и railguns . [ необходима цитата ]
Первой публикацией этой концепции, возможно, является пушечное ядро Ньютона в его книге 1728 года «Трактат о системе мира» , хотя в первую очередь она использовалась как мысленный эксперимент относительно гравитации. [11]
Возможно, самые известные изображения космической пушки появляются в романе Жюля Верна 1865 года « С Земли на Луну» и его романе 1869 года « Вокруг Луны» (вольно интерпретированном в фильме 1902 года «Путешествие на Луне »), в которых астронавты летят на Луну на борту корабля, запущенного из пушки. Другой известный пример используется марсианами для начала своего вторжения в книге Герберта Уэллса 1897 года «Война миров» . Уэллс также использовал эту концепцию в кульминации фильма 1936 года « Грядущее» . В одном из первых польских научно-фантастических романов « На серебряном шаре» Анджея Жулавского , опубликованном в 1903 году, астронавты запускаются на Луну с помощью космической пушки. Устройство было показано в фильмах вплоть до 1967 года, таких как «Ракета на Луну» Жюля Верна .
В видеоигре 1991 года Ultima: Worlds of Adventure 2: Martian Dreams Персиваль Лоуэлл строит космическую пушку, чтобы отправить космический корабль на Марс .
В видеоигре 1992 года Steel Empire , шутере с эстетикой стимпанка , на седьмом уровне есть космическая пушка, которую использует главный злодей Генерал Стайрон, чтобы запустить себя на Луну.
В романе Ханну Раджаниеми 2012 года «Фрактальный принц » космическая пушка в «Джаннах-пушке», приводимая в действие ядерной бомбой мощностью 150 килотонн , используется для запуска космического корабля с Земли.
В видеоигре SOMA 2015 года есть космическая пушка, используемая для запуска спутников.
Убийство Джеральда Булла и пушка проекта «Вавилон» также стали отправной точкой для романа Фредерика Форсайта 1994 года «Кулак Бога» . В повести Ларри Бонда 2001 года и романе 2015 года «Удар молнии » Китай использует космическую пушку для уничтожения американских спутников GPS .
В ролевой игре 2004 года Paper Mario: The Thousand-Year Door деревня Боб-омбов управляет космической пушкой, чтобы отправить Бумажного Марио и компанию на базу Икс-Наутов на Луне.
Джеральд Булл и проект «Вавилон» играют неотъемлемую роль в сюжете романа Луизы Пенни 2015 года «Природа зверя» .
Таким образом, по индукции очевидно, что процесс отклонения космического корабля от одной планеты к другой может продолжаться бесконечно, если планеты находятся в благоприятных положениях.
подвергся воздействию самых высоких перегрузок, которые когда-либо выдерживал человек — 179,8G — когда автомобиль разогнался со 108 миль в час до нуля всего за полметра.
{{cite web}}: CS1 maint: неподходящий URL ( ссылка )